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xBORDER 백서 2019

역사
상태 전환 시스템으로서의 xBORDER
일반 채굴
머클 나무
대체 블록체인 애플리케이션
xBORDER 스크립팅
블록씨엔엑스
철학
xBORDER 계정
메시지 및 트랜잭션
메시지
xBORDER 상태 전환 기능
코드 실행
xBORDER 및 마이닝
애플리케이션
토큰 시스템
금융파생상품 및 안정가치통화
신원 및 평판 시스템
분산 파일 스토리지
분산된 자율 조직
추가 적용
기타 및 우려 사항
수정된 GHOST 구현
수수료
계산과 튜링 완전성
통화 및 발행
채굴 집중화
확장성
결론
참고 및 추가 읽을거리
노트
추가 읽기
비트코인 및 기존 개념 소개

분산형 디지털 화폐의 개념과 부동산 등록과 같은 대체 애플리케이션은 수십 년 동안 존재해 왔습니다. 1980년대와 1990년대의 익명의 전자 현금 프로토콜은 주로 Chaumian 블라인드로 알려진 암호화 기본 방식에 의존하여 높은 수준의 프라이버시가 있는 통화를 제공했지만 프로토콜은 중앙 집중식 중개자에 대한 의존으로 인해 견인력을 얻는 데 크게 실패했습니다. . 1998년 Wei Dai의 b-money는 분산 합의뿐만 아니라 계산 퍼즐을 해결하여 돈을 창출한다는 아이디어를 도입한 최초의 제안이 되었지만, 제안은 분산 합의가 실제로 어떻게 구현될 수 있는지에 대한 세부 사항이 부족했습니다. 2005년에 Hal Finney는 재사용 가능한 작업 증명의 개념을 도입했는데, 이 시스템은 b-money의 아이디어와 Adam Back의 계산적으로 어려운 Hashcash 퍼즐을 함께 사용하여 암호 화폐에 대한 개념을 만들었지만 다시 한번 이상에 의존함으로써 이상에 미치지 못했습니다. 백엔드로 신뢰할 수 있는 컴퓨팅. 2009년에 사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto)가 탈중앙화 화폐를 실제로 구현한 것은 공개 키 암호화를 통해 소유권을 관리하기 위한 기존의 기본 원리와 "작업 증명"으로 알려진 코인 소유자를 추적하기 위한 합의 알고리즘을 결합한 것입니다.

작업 증명 뒤에 있는 xBORDER 메커니즘은 두 가지 문제를 동시에 해결했기 때문에 이 분야에서 획기적인 것이었습니다. 첫째, 간단하고 적당히 효과적인 합의 알고리즘을 제공하여 네트워크의 노드가 Crypto-ledger의 상태에 대한 정식 업데이트 세트에 집합적으로 동의할 수 있습니다. 둘째, 합의 과정에 자유롭게 참여할 수 있는 메커니즘을 제공하여 누가 합의에 영향을 미칠지 결정하는 정치적 문제를 해결함과 동시에 시빌 공격을 방지했습니다. 특정 목록에 고유한 엔터티로 등록해야 하는 요구 사항과 같은 참여에 대한 공식적인 장벽을 경제적 장벽으로 대체하여 이를 수행합니다. 합의 투표 프로세스에서 단일 노드의 가중치는 컴퓨팅 성능에 정비례합니다. 노드가 가져온 것입니다. 그 이후로 노드의 가중치를 계산 자원이 아닌 통화 보유량에 비례하여 계산하는 지분 증명이라고 하는 대체 접근 방식이 제안되었습니다. 두 접근 방식의 상대적 장점에 대한 논의는 이 백서의 범위를 벗어나지만 두 접근 방식 모두 암호화폐의 중추 역할을 할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

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xBORDER의 설립자인 Peter Oldenburger는 이 블로그 포스트를 작성했습니다.

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상태 전환 시스템으로서의 암호 
Crypto와 같은 암호 화폐의 원장은 상태 전환 시스템으로 생각할 수 있습니다. 여기에는 기존의 모든 Cryptos의 소유권 상태로 구성된 "상태"와 상태 및 트랜잭션을 취하는 "상태 전환 기능"이 있습니다. 결과인 새로운 상태를 출력합니다. 예를 들어 표준 은행 시스템에서 상태는 대차대조표이고 트랜잭션은 A에서 B로 $X를 이동하라는 요청이며 상태 전환 기능은 A 계좌의 가치를 $X만큼 줄이고 B의 가치를 증가시킵니다. $X로 계정. A의 계정이 처음에 $X 미만인 경우 상태 전환 함수는 오류를 반환합니다. 따라서 공식적으로 다음을 정의할 수 있습니다.

적용(S,TX) -> S' 또는 오류
APPLY({ 앨리스: $50, 밥: $50 },"앨리스에서 밥에게 $20 보내기") = { 앨리스: $30, 밥: $70 }
APPLY({ 앨리스: $50, 밥: $50 },"앨리스에서 밥에게 $70 보내기") = 오류
Crypto의 "상태"는 채굴되었지만 아직 사용되지 않은 모든 코인(기술적으로 "사용되지 않은 트랜잭션 출력" 또는 UTXO)의 모음이며, 각 UTXO에는 명칭과 소유자(20바이트 주소로 정의됨)가 있습니다. 이것은 본질적으로 암호화된 공개 키입니다.fn. 1). 트랜잭션에는 기존 UTXO에 대한 참조와 소유자 주소와 연결된 개인 키로 생성된 암호화 서명이 포함된 하나 이상의 입력과 추가할 새 UTXO가 포함된 각 출력과 함께 하나 이상의 입력이 포함됩니다. 상태.

상태 전이 함수 APPLY(S,TX) -> S'는 대략 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

TX의 각 입력에 대해:

참조된 UTXO가 S에 없으면 오류를 반환합니다.
제공된 서명이 UTXO의 소유자와 일치하지 않으면 오류를 반환합니다.
모든 입력 UTXO의 액면가의 합이 모든 출력 UTXO의 액면가의 합보다 작으면 오류를 반환합니다.

모든 입력 UTXO가 제거되고 모든 출력 UTXO가 추가된 상태에서 S'를 반환합니다.

첫 번째 단계의 전반부는 트랜잭션 발신자가 존재하지 않는 코인을 사용하는 것을 방지하고, 첫 번째 단계의 후반부는 트랜잭션 발신자가 다른 사람의 코인을 사용하는 것을 방지하고, 두 번째 단계는 가치 보존을 시행합니다. 이를 결제에 사용하기 위한 프로토콜은 다음과 같습니다. Alice가 Bob에게 11.7 BTC를 보내려고 한다고 가정합니다. 먼저 Alice는 총 11.7 BTC 이상인 사용 가능한 UTXO 세트를 찾습니다. 현실적으로 Alice는 정확히 11.7 BTC를 얻을 수 없습니다. 그녀가 얻을 수 있는 가장 작은 것은 6+4+2=12입니다. 그런 다음 그녀는 3개의 입력과 2개의 출력으로 트랜잭션을 생성합니다. 첫 번째 출력은 Bob의 주소가 소유자인 11.7 BTC이고 두 번째 출력은 소유자가 Alice 자신인 나머지 0.3 BTC "변경"입니다.

채광
block_picture.jpg

신뢰할 수 있는 중앙 집중식 서비스에 액세스할 수 있다면 이 시스템을 구현하기가 쉽지 않을 것입니다. 상태를 추적하기 위해 중앙 집중식 서버의 하드 드라이브를 사용하여 설명된 대로 정확하게 코딩할 수 있습니다. 그러나 Crypto를 사용하여 분산된 통화 시스템을 구축하려고 하므로 모든 사람이 거래 순서에 동의할 수 있도록 상태 전환 시스템과 합의 시스템을 결합해야 합니다. 크립토의 분산된 합의 프로세스는 네트워크의 노드가 "블록"이라는 트랜잭션 패키지를 지속적으로 생성하려고 시도해야 합니다. 네트워크는 대략 10분마다 하나의 블록을 생성하도록 되어 있으며 각 블록에는 타임스탬프, nonce, 이전 블록에 대한 참조(즉, 해시) 및 이전 이후 발생한 모든 트랜잭션 목록이 포함되어 있습니다. 차단하다. 시간이 지남에 따라 지속적이고 계속 성장하는 "블록체인"이 생성되어 Crypto 원장의 최신 상태를 나타내기 위해 지속적으로 업데이트됩니다.

이 패러다임으로 표현되는 블록이 유효한지 확인하는 알고리즘은 다음과 같습니다.

블록이 참조하는 이전 블록이 존재하고 유효한지 확인하십시오.
블록의 타임스탬프가 이전 블록의 타임스탬프보다 큰지 확인하십시오. 앞으로 2시간 이내
블록에 대한 작업 증명이 유효한지 확인하십시오.
S[0]을 이전 블록의 끝 상태라고 하자.
TX가 n개의 트랜잭션이 있는 블록의 트랜잭션 목록이라고 가정합니다. 0...n-1의 모든 i에 대해 S[i+1] = APPLY(S[i],TX[i])로 설정합니다. 애플리케이션이 오류를 반환하면 종료하고 false를 반환합니다.
true를 반환하고 이 블록의 끝에서 상태로 S[n]을 등록합니다.
기본적으로 블록의 각 트랜잭션은 트랜잭션이 실행되기 전의 표준 상태에서 새로운 상태로 유효한 상태 전환을 제공해야 합니다. 상태는 어떤 식으로든 블록에 인코딩되지 않습니다. 검증 노드가 기억해야 하는 순전히 추상화이며 생성 상태에서 시작하여 모든 블록의 모든 트랜잭션을 순차적으로 적용함으로써 모든 블록에 대해서만 (안전하게) 계산될 수 있습니다. 또한 채굴자가 거래를 블록에 포함시키는 순서가 중요합니다. B가 A가 생성한 UTXO를 소비하는 블록에 두 개의 트랜잭션 A와 B가 있는 경우 A가 B보다 먼저 오면 블록이 유효하지만 그렇지 않은 경우에는 유효하지 않습니다.

다른 시스템에서는 찾을 수 없는 위의 목록에 있는 한 가지 유효성 조건은 "작업 증명"에 대한 요구 사항입니다. 정확한 조건은 256비트 숫자로 취급되는 모든 블록의 이중 SHA256 해시가 동적으로 조정된 목표보다 작아야 한다는 것입니다. 이 목표는 이 글을 쓰는 시점에서 대략 2187입니다. 블록 생성은 계산적으로 "하드"하므로 sybil 공격자가 전체 블록체인을 자신에게 유리하게 다시 만드는 것을 방지합니다. SHA256은 완전히 예측할 수 없는 의사 난수 함수로 설계되었기 때문에 유효한 블록을 생성하는 유일한 방법은 시행착오를 통해 nonce를 반복적으로 증가시키고 새 해시가 일치하는지 확인하는 것입니다.

~2187의 현재 목표에서 네트워크는 유효한 블록을 찾기 전에 평균 ~269번의 시도를 해야 합니다. 일반적으로 목표는 2016 블록마다 네트워크에 의해 재조정되므로 평균적으로 10분마다 네트워크의 일부 노드에서 새 블록이 생성됩니다. 이 계산 작업에 대한 광부에게 보상하기 위해 모든 블록의 광부는 갑자기 12.5 BTC를 제공하는 트랜잭션을 포함할 수 있습니다. 또한 거래가 출력보다 입력에 더 높은 총 액면가를 가지고 있는 경우 그 차액도 "거래 수수료"로 채굴자에게 전달됩니다. 덧붙여서 이것은 BTC가 발행되는 유일한 메커니즘이기도 합니다. 제네시스 상태에는 코인이 전혀 포함되어 있지 않습니다.

마이닝의 목적을 더 잘 이해하기 위해 악의적인 공격자가 발생한 경우 어떤 일이 발생하는지 살펴보겠습니다. Crypto의 기본 암호화는 안전한 것으로 알려져 있기 때문에 공격자는 암호화로 직접 보호되지 않는 Bitcoin 시스템의 한 부분인 트랜잭션 순서를 대상으로 합니다. 공격자의 전략은 간단합니다.

일부 제품(빠른 배송 디지털 상품 선호)과 교환하여 100 BTC를 판매자에게 보냅니다.
제품 배송을 기다리세요
동일한 100 BTC를 자신에게 보내는 다른 트랜잭션 생성
네트워크가 자신에 대한 거래가 가장 먼저 발생한 거래임을 확신시키십시오.
(1) 단계가 수행되면 몇 분 후에 일부 광부가 블록 번호 270과 같은 트랜잭션을 블록에 포함할 것입니다. 약 1시간 후에 해당 블록 다음에 5개의 블록이 추가로 체인에 추가됩니다. 이러한 블록은 트랜잭션을 간접적으로 가리키므로 "확인"합니다. 이 시점에서 판매자는 결제가 완료된 것으로 수락하고 제품을 배송합니다. 이것이 디지털 상품이라고 가정하기 때문에 배달은 즉시 이루어집니다. 이제 공격자는 100 BTC를 자신에게 보내는 또 다른 트랜잭션을 생성합니다. 공격자가 단순히 그것을 야생으로 풀어 놓으면 트랜잭션이 처리되지 않습니다. 광부는 APPLY(S,TX)를 실행하려고 시도하고 TX가 더 이상 상태에 있지 않은 UTXO를 소비한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 대신 공격자는 상위 블록과 동일한 블록 269를 가리키지만 이전 트랜잭션 대신 새 트랜잭션을 사용하는 다른 버전의 블록 270을 채굴하여 블록체인의 "포크"를 생성합니다. 블록 데이터가 다르기 때문에 작업 증명을 다시 수행해야 합니다. 게다가, 공격자의 새로운 버전의 블록 270은 다른 해시를 가지므로 원래 블록 271에서 275까지는 "가리키지" 않습니다. 따라서 원래 체인과 공격자의 새 체인은 완전히 분리됩니다. 규칙은 포크에서 가장 긴 블록체인이 진실로 간주되므로 합법적인 광부가 275 체인에서 작업하는 반면 공격자는 혼자 270 체인에서 작업한다는 것입니다. 공격자가 자신의 블록체인을 가장 길게 만들기 위해서는 따라잡기 위해 나머지 네트워크를 합친 것보다 더 많은 계산 능력이 필요합니다(따라서 "51% 공격").

머클 나무
암호화폐의 SPV

왼쪽: 분기의 유효성을 증명하기 위해 Merkle 트리에서 소수의 노드만 제시하는 것으로 충분합니다.

오른쪽: Merkle 트리의 일부를 변경하려는 모든 시도는 결국 체인의 어딘가에서 불일치로 이어질 것입니다.

Crypto의 중요한 확장성 기능은 블록이 다단계 데이터 구조에 저장된다는 것입니다. 블록의 "해시"는 실제로 블록 헤더의 해시일 뿐이며, 타임스탬프, nonce, 이전 블록 해시 및 모든 트랜잭션을 저장하는 Merkle 트리라고 하는 데이터 구조의 루트 해시를 포함하는 대략 200바이트의 데이터 조각입니다. 블록에서. Merkle 트리는 기본 데이터를 포함하는 트리 맨 아래에 많은 수의 리프 노드가 있는 노드 집합, 각 노드가 두 자식의 해시인 중간 노드 집합으로 구성된 이진 트리 유형입니다. 마지막으로 트리의 "상단"을 나타내는 두 자식의 해시로 구성된 단일 루트 노드입니다. Merkle 트리의 목적은 블록의 데이터가 단편적으로 전달되도록 하는 것입니다. 노드는 한 소스에서 블록의 헤더만 다운로드하고 다른 소스에서 자신과 관련된 트리의 작은 부분만 다운로드할 수 있으며 여전히 모든 데이터가 정확하다는 것입니다. 이것이 작동하는 이유는 해시가 위쪽으로 전파되기 때문입니다. 악의적인 사용자가 가짜 트랜잭션을 Merkle 트리의 맨 아래로 스왑하려고 시도하면 이 변경으로 인해 위의 노드가 변경되고 그 다음 위의 노드가 변경됩니다. , 마지막으로 트리의 루트와 블록의 해시를 변경하여 프로토콜이 완전히 다른 블록으로 등록하도록 합니다(거의 확실히 작업 증명이 유효하지 않음).

머클 트리 프로토콜은 틀림없이 장기적인 지속 가능성에 필수적입니다. 모든 블록의 전체를 저장하고 처리하는 크립토 네트워크의 "전체 노드"는 2014년 4월 현재 비트코인 네트워크에서 약 15GB의 디스크 공간을 차지하며 매월 기가바이트 이상으로 증가하고 있습니다. 현재 이것은 휴대폰이 아닌 일부 데스크톱 컴퓨터에서 실행 가능하며, 나중에는 기업과 취미 활동가만 참여할 수 있습니다. "단순 지불 확인"(SPV)으로 알려진 프로토콜을 사용하면 블록 헤더를 다운로드하고 블록 헤더에 대한 작업 증명을 확인한 다음 "분기점"만 다운로드하는 "라이트 노드"라고 하는 다른 클래스의 노드가 존재할 수 있습니다. "와 관련된 거래와 관련이 있습니다. 이를 통해 라이트 노드는 전체 블록체인의 아주 작은 부분만 다운로드하면서 모든 비트코인 거래의 상태와 현재 잔액을 강력한 보안 보장으로 결정할 수 있습니다.

대체 블록체인 애플리케이션
기본 블록체인 아이디어를 다른 개념에 적용하는 아이디어도 오랜 역사를 가지고 있습니다. 1998년에 Nick Szabo는 "복제 데이터베이스 기술의 새로운 발전"이 블록체인 기반 시스템에서 누가 어떤 토지를 소유하고 있는지에 대한 레지스트리를 저장하고 주택 소유, 불리한 소유 및 조지아 토지세와 같은 개념을 포함하는 정교한 프레임워크. 그러나 불행히도 당시에는 효과적인 복제 데이터베이스 시스템이 없었기 때문에 프로토콜이 실제로 구현되지 않았습니다. 그러나 2009년 이후 비트코인의 분산된 합의가 개발되자 많은 대체 애플리케이션이 빠르게 등장하기 시작했습니다.

Namecoin - 2010년에 생성된 Namecoin은 분산된 이름 등록 데이터베이스로 가장 잘 설명됩니다. Tor, Bitcoin 및 BitMessage와 같은 분산 프로토콜에서는 다른 사람들이 계정과 상호 작용할 수 있도록 계정을 식별하는 방법이 필요하지만 모든 기존 솔루션에서 사용할 수 있는 유일한 종류의 식별자는 1LW79wp5ZBqaHW1jL5TCiBCrhQYtHagUWy와 같은 의사 난수 해시입니다. 이상적으로는 "george"와 같은 이름을 가진 계정을 가질 수 있기를 원합니다. 그러나 문제는 한 사람이 "george"라는 계정을 만들 수 있으면 다른 사람이 동일한 프로세스를 사용하여 자신도 "george"를 등록하고 가장할 수 있다는 것입니다. 유일한 해결책은 첫 번째 등록자가 성공하고 두 번째 등록자가 실패하는 최초 파일 패러다임입니다. 이 문제는 Bitcoin 합의 프로토콜에 완벽하게 적합합니다. Namecoin은 이러한 아이디어를 사용한 이름 등록 시스템의 가장 오래되고 성공적인 구현입니다.
컬러 코인 - 컬러 코인의 목적은 사람들이 자신의 디지털 통화를 만들 수 있도록 하는 프로토콜 역할을 하는 것입니다. 컬러 코인 프로토콜에서는 특정 비트코인 UTXO에 공개적으로 색상을 할당하여 새로운 통화를 "발행"하고 프로토콜은 다른 UTXO의 색상을 생성하는 트랜잭션이 소비한 입력 색상과 동일하도록 재귀적으로 정의합니다. (혼합 색상 입력의 경우 일부 특별 규칙이 적용됨). 이를 통해 사용자는 특정 색상의 UTXO만 포함된 지갑을 유지 관리하고 일반 비트코인과 매우 유사하게 보낼 수 있으며 블록체인을 통해 역추적하여 수신하는 UTXO의 색상을 결정할 수 있습니다.
메타코인 - 메타코인의 이면에 있는 아이디어는 비트코인 위에 있는 프로토콜을 갖고 비트코인 트랜잭션을 사용하여 메타코인 트랜잭션을 저장하지만 다른 상태 전환 기능인 APPLY를 갖는 것입니다. 메타코인 프로토콜은 유효하지 않은 메타코인 거래가 비트코인 블록체인에 나타나는 것을 방지할 수 없기 때문에 APPLY'(S,TX)가 오류를 반환하면 프로토콜의 기본값은 APPLY'(S,TX) = S로 설정된다는 규칙이 추가됩니다. 잠재적으로 비트코인 내부에서 구현할 수 없는 고급 기능을 포함하지만 채굴 및 네트워킹의 복잡성이 비트코인 프로토콜에 의해 이미 처리되기 때문에 개발 비용이 매우 낮은 임의의 암호화폐 프로토콜을 생성하기 위한 쉬운 메커니즘입니다. 메타코인은 일부 클래스의 금융 계약, 이름 등록 및 분산 교환을 구현하는 데 사용되었습니다.
따라서 일반적으로 합의 프로토콜을 구축하는 데에는 두 가지 접근 방식이 있습니다. 독립 네트워크 구축과 비트코인 위에 프로토콜 구축입니다. 전자의 접근 방식은 Namecoin과 같은 응용 프로그램의 경우 합리적으로 성공적이기는 하지만 구현하기 어렵습니다. 각 개별 구현은 독립적인 블록체인을 부트스트랩해야 할 뿐만 아니라 필요한 모든 상태 전환 및 네트워킹 코드를 구축하고 테스트해야 합니다. 또한, 우리는 분산형 합의 기술을 위한 일련의 애플리케이션이 자체 블록체인을 보증하기에 너무 작은 대다수의 애플리케이션이 전원 법칙 분포를 따를 것이라고 예측하며, 분산형 애플리케이션, 특히 분산형 자율 서로 소통해야 하는 조직.

반면 비트코인 기반 접근 방식은 비트코인의 간편결제 검증 기능을 계승하지 않는다는 단점이 있다. SPV는 블록체인 깊이를 유효성에 대한 프록시로 사용할 수 있기 때문에 비트코인에서 작동합니다. 어느 시점에서 트랜잭션의 조상이 충분히 거슬러 올라가면 그들이 합법적으로 국가의 일부였다고 말하는 것이 안전합니다. 반면에 블록체인 기반 메타 프로토콜은 블록체인이 자체 프로토콜의 컨텍스트 내에서 유효하지 않은 트랜잭션을 포함하지 않도록 할 수 없습니다. 따라서 완전히 안전한 SPV 메타 프로토콜 구현은 특정 거래가 유효한지 여부를 결정하기 위해 비트코인 블록체인의 시작 부분까지 역방향 스캔을 해야 합니다. 현재 비트코인 기반 메타 프로토콜의 모든 "가벼운" 구현은 데이터를 제공하기 위해 신뢰할 수 있는 서버에 의존하며, 특히 암호화폐의 주요 목적 중 하나가 신뢰의 필요성을 제거하는 것인 경우 매우 차선의 결과일 수 있습니다.